化学共沉淀法制备纳米四氧化三铁粒子_图文

1、第29卷第1期2007年3月湖北大学学报(自然科学版Journal of Hubei University (Natural Science Vol.29No.1Mar.,2007收稿日期:20060622作者简介:黄菁菁(1981,女,硕士生文章编号:10002375(200701005003化学共沉淀法制备纳米四氧化三铁粒子黄菁菁,徐祖顺,易昌凤(湖北大学材料科学与工程学院,湖北武汉430062摘要:用化学共沉淀法制备纳米四氧化三铁粒子,应用X 射线衍射,透射电子显微镜对磁性粒子的结构、粒径、形貌进行了表征,并讨论铁盐溶液浓度、沉淀剂浓度及超声波对粒子粒径的影响.关键词:化学共沉淀法;四氧

2、化三铁;超声波中图分类号:TM227,O611.4文献标志码:A随着纳米技术的发展,有关磁性纳米粒子的制备方法及性质受到极大的重视.四氧化三铁纳米粒子在作为磁记录材料、磁流体的基本材料、特殊催化剂原料、功能材料和磁性颜料等方面显示出许多特殊的功能15.目前,制备纳米四氧化三铁的方法有很多,如水热反应法6,中和沉淀法7,化学共沉淀法8,沉淀氧化法9,r -ray 辐照法10,微波辐射法11等,其中以共沉淀法最为简便.本实验采用化学共沉淀法制备纳米Fe 3O 4粒子,并讨论了铁盐浓度、沉淀剂浓度以及超声波对微粒粒径的影响.1实验部分1.1试剂及仪器FeCl 36H 2O (AR ;FeSO 47H

3、 2O (AR ;N H 3H 2O (AR ;S K2200H 型超声波发生器,频率20k Hz ,功率90W ;D/MAX 2C 型X 射线扫描仪(XRD ;TEX 2100SX 型透射电子显微镜(TEM .1.2实验原理将二价铁盐(FeSO 47H 2O 和三价铁盐(FeCl 36H 2O 按一定比例混合,加入沉淀剂(N H 3H 2O ,搅拌,反应一段时间即得到纳米Fe 3O 4粒子,反应式为:Fe 2+2Fe 3+8N H 3H 2O =Fe 3O 4+8N H +4+4H 2O由反应式可看出,反应的理论摩尔比为Fe 2+Fe 3+=12,但由于二价铁离子容易氧化成三价铁离子,所以实

4、际反应中二价铁离子应适当过量.1.3四氧化三铁的制备将一定量的二价铁盐(FeSO 47H 2O 和三价铁盐(FeCl 36H 2O 混合溶液加入到三口烧瓶中,滴液漏斗中加入一定浓度的沉淀剂N H 3H 2O ,在氮气氛下将氨水溶液加到反应体系中,使体系的p H 10,剧烈搅拌,水浴恒温.搅拌30min 后结束反应,用蒸馏水反复洗涤直至中性,倾去上层清液,在60下真空干燥后,研磨即得纳米Fe 3O 4粒子.2纳米Fe 3O 4粒子的表征2.1XR D 分析图1为纳米Fe 3O 4粒子的衍射图,图中的衍射峰出现在2=30°,35°,42°,62.5°处,分别

5、对应立方相Fe 3O 4的(220,(311,(400,(440晶面.由Scherrer 公式:D =/co s .式中为射线波长,为峰形因子,D 为晶体的平均粒径,为衍射角,为校正后的半峰宽.值取决于几个因素,其值一般取0.89.取2为35°时的半峰宽算出纳米Fe 3O 4粒子的平均粒径为8.8nm.2.2TEM 分析图2为纳米Fe 3O 4粒子的透射电镜图片.图中磁性Fe 3O 4粒子大小较均一,形状为球形,粒子粒径为1020nm.TEM 得到粒子的平均粒径比XRD 的大,这是由于Scherrer 公式算出的第1期黄菁菁等:化学共沉淀法制备纳米四氧化三铁粒子51粒径为Fe3O4晶

6、体的平均粒径,而TEM看到的粒子可能是多个Fe3O4晶体的团聚体. 图1FeO4纳米粒子的XRD的照片图2Fe3O4纳米粒子的TEM谱图 3结果与讨论3.1Fe2+、Fe3+溶液浓度对产物粒径的影响在反应体系温度为40,二价铁盐和三价铁盐的物质的量比为11,C Fe2+=C Fe3+,N H3H2O浓度为1mol/L,搅拌速度恒定的条件下,考察了铁盐溶液浓度对Fe3O4粒子粒径的影响,结果如表1所示.表1Fe2+和Fe3+浓度对F e3O4平均粒径的影响试样铁盐浓度/(molL-1平均粒径/nm产物颜色a0.2522.1黑b0.1515.5黑c0.1258.8黑褐由表1可知,当铁盐浓度很小时,

7、产物颜色呈现出黑褐色,其原因为Fe2+离子在低浓度时更易被氧化成Fe3+离子,从而使实际参加反应离子的比例发生变化,而生成其他的杂质8.在铁盐浓度很低时,晶核成长速率较小及成长过程较短,所以产物粒径降低.随着铁盐浓度增加,晶核粒径逐渐增大,生成粒子粒径也逐渐增大.3.2氨水浓度对产物粒径的影响在反应体系温度为40,二价铁盐和三价铁盐的物质的量比为11,铁盐溶液浓度为0.25mol/L(C Fe2+=C Fe3+,搅拌速度恒定的条件下,考察了氨水浓度对Fe3O4粒子粒径的影响,结果如表2所示.表2NH3H2O浓度对Fe3O4平均粒径的影响试样氨水浓度/(molL-1平均粒径/nm产物颜色a 1.

8、523.8黑b 1.022.0黑c0.515.5黑由表2可知,当氨水浓度增大时,粒子平均粒径增大.如果氨水浓度增加,就有许多未反应的N H3H2O附着在粒子表面,从而使产物粒径增大.3.3超声波对产物粒径的影响在反应体系温度为40,二价铁盐和三价铁盐的物质的量比为11,C Fe2+=C Fe3+,搅拌速度恒定的条件下,开启超声波发生器,考察超声波对Fe3O4粒子粒径的影响,结果如表3所示.湖北大学学报(自然科学版第28卷52表3超声波对Fe3O4平均粒径的影响试样铁盐浓度/(molL-1氨水浓度/(molL-1平均粒径/nm产物颜色a0.25 1.523.8黑a30.25 1.517.2黑b0

9、.25 1.022.1黑b30.25 1.09.4黑3为反应时引入超声波由表3可知,当反应物条件相同的情况下,超声波的引入使制得的Fe3O4粒子粒径减小.这可能是(1超声波使体系湍动状态加剧,晶核成长受到一定阻碍,所以产物粒径有所降低;(2超声波的分散作用使成形的Fe3O4粒子难以发生团聚,这样使产物的最终粒径减小.4结论采用化学共沉淀法制备纳米Fe3O4粒子,其粒径大小随铁盐溶液浓度和氨水浓度的增加而增大.在搅拌的同时引入超声波,可使产物粒径减小.改变实验条件,可制得平均粒径在10nm以下的纳米Fe3O4粒子.参考文献:1Yamguchi K,Matsumoto K,Fiji T.Magne

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13、al ofNanoparticle Research,1999,1:393396.10Wang Shizhong.Xin Houwen,Qian Y itai.Preparation of nanocry stalline Fe3O4by2ray raditionJ.MaterialsLetters,1997,33:113116.11Khollam Y B,Dhage S R,Potdar S B,et al.Microwave hydrothermal preparation of submicron2sized sphericalmagnetite(Fe3O4powdersJ.Materi

14、als Letters,2002,56:571577.Fe3O4nanoparticles prepared by chemical co2precipitation methodHUAN G Jing2jing,XU Zu2shun,YI Chang2feng(School of Materials Science and Engineering,Hubei University,Wuhan430062,China Abstract:Fe3O4nanoparticles were prepared by chemical co2precipitation met hod.The p roperties of Fe3O4nanoparticles were characterized by X2ray diffraction(XRDand t ransmission elect ron mic